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破解电动汽车续驶里程短且充电难困惑

2018-09-26 11:14:50 作者: 0人读过 | 我要赞

破解 “电动汽车续驶里程短且充电难”困惑

电动汽车与燃油汽车最主要区别在于以动力电源替代燃油发动机。由于动力电源比能量远低于汽油且不适应快速充电,所以在电动汽车续驶里程和充电方式两方面有待新的思路和手段。但是人们习惯于简单地从”传统燃油车续驶里程和加油方式”延伸到”电动汽车续驶里程和充电方式”,所形成的观念是:

”要求电动汽车增多蓄电池能量使其能续驶300至500公里而且到已建好的许多快速充电站在几分钟内就完成充(换)电以便继续行驶。”

在这种貌似有理的期望下,结论必然是: ”电动汽车续驶里程短且充电难”是当前不可逾越的难关!。成为反对或质疑电动汽车产业化的紧箍咒。于是有人主张不惜成本尽量多载蓄电池以求续驶300公里;有人怪罪于蓄电池比能量不能在短期内提升一倍;有人怪罪于蓄电池不能在几分钟内充好电;悲观失望;凡此种种,严重打击汽车用户购买电动汽车的信心,也影响政府近期发展电动汽车的信心。

提高电动汽车近期产业化的信心,关键在于澄清”以汽车企业和电池企业的近期生产水平能否满足电动汽车潜在的大部分用户对续驶里程和方便充电的需求”。本文的剖析的结果是”当前就有可能满足!”

”近80% 汽车用户每日经常实际行驶80公里以内,非经常的用车里程期望很高,达到300公里以上”(德勤全球调查,见附注1)。区分电动汽车用户的实际续驶里程 和期望续驶里程 并合理采纳先进企业的近期经验, 例如发展增程式电动汽车,就能满足大部份汽车(市区私家车)的用户需求,加快电动汽车的市场化起步,并发挥其战略性新兴产业的先导作用带动一批新兴产业群。

当前电动汽车领域已经涌现的关于”续驶里程与充电方式”的不同主张主要有:

1.多载蓄电池

2.大功率快充电站

3.机械更换蓄电池站

4.增程式发电机

5.蓄电池夜间谷电慢充电

以下逐一剖析其利弊。

1.多载蓄电池

把传统汽车”多加油则续驶里程长”的习惯简单延伸到电动汽车,有些汽车厂商就不惜多载蓄电池以求续驶300公里以示其先进性。然而电池比能量远小于汽油比能量,为此必须车载450公斤以上的电池(远重于汽油)。其后果为:

a)市内汽车每公里能耗基本正比于汽车总重量,续驶300 公里的汽车比续驶100 公里的汽车每公里能耗多40 %左右, 严重背离节能原则(见附注2 -- 工信部2011年7月 《产业关键共性技术发展指南(2011年)》)。

b)可载人空间和可载重量都剧减。

c)车载蓄电池的购置成本和运行成本剧增

d)底盘也要随之加重,整车超重,安全性下降。

e)车载电池总能量是双刃剑,安全事故严重性随电池总能量而俱增。

以上剖析说明,多载蓄电池以求加大续驶里程显然是误区,媒体别再宣扬其”先进性”。日行超百公里的电动汽车可用车载增程式发电机延长其续驶里程(见下文第4点)。

2.大功率快充电站

把传统汽车”到加油站加油”的习惯简单延伸到电动汽车,就把”大功率快充电站”看作电动汽车不可缺少的基础设施。导致的实际困难是:

a)电池厂商和电动汽车用户都深知快充电对蓄电池寿命损害极大,经常快充电导致蓄电池使用寿命剧减而成本剧增(可达一倍以上)。

b)充电站设备和输电设备投资巨大。

c)充电站在市内用地矛盾,抢先建了几个,既显得不够,又显得多余。

d)建设周期长,与电动汽车产量增长很难同步。

对于日行80 公里的私家车只需电池总能量10 至15 kWh(约100至150公斤),可在停车处利用夜间谷电慢充电(见下文第5点),而不必苦苦依赖快充电站的建设。

3.机械更换蓄电池(换电站)

a)每日换电池两三次,车载蓄电池重量下降。每公里能耗降低。

b)零油耗零排放。

c)车载蓄电池能量少,安全性提高。

d)不适合于私家车,因为即使电池规格完全一致,由于更换前后蓄电池质量无法快速测定,很难保证换电站与汽车用户之间的公平更换。

e)最适合公交车公司。公交车有固定始发站和路线,换电站与公交车用户统属一公司,统一充电换电,统一管理。

f)可否适用同一出租车公司的出租车队?视公司规模而定。

4.增程式发电机

增程式发电机是由小型燃油发动机带动发电机而成的。所采用的小发动机不必考虑汽车的峰值功率需求,其发电的功率略高于车辆匀速稳定行驶之需即可。其唯一作用是带动发电机发电,与蓄电池并联以驱动电动机并在行驶中对蓄电池补充充电,所以小发动机可以连续工作在最佳转速下,输出的功率和扭矩也基本恒定,因而其效率、排放、可靠性等均处在最佳状态,比传统燃油机”大马拉小车”的费油运行模式节省油耗50 % 以上。电动汽车的峰值功率需求则由动力电源(蓄电池,超电容)提供。增程式电动汽车的优势如下:

a)节油率高:80km以内只用蓄电池,零油耗零排放。80km以外开动增程式发电机,比传统燃油机节省油耗一半。以大部份私家车每年行驶20000公里,需要开动增程式发电机的里程平均不多于4000公里(即20%)而言,油耗减半只相当于燃油车2000公里油耗,全年节油率达到[1 2000/20000 ] = 90%,远胜于混合动力汽车或插电式混合动力汽车。

b)解除电动汽车用户对续驶里程的担心。

c)车载蓄电池只需提供市内工作日经常性行驶里程已够,所以较轻,每公里能耗少,购车和使用两种成本都低。

d)可利用夜间电廉价谷电对电池充电,用户省钱,电调峰,两利。

e)不依赖遍布市内的高功率快充电站,快充电站建设周期长且投资大。

f)增程式发电机可固定在车上或临时加装或租用。

g)各种档次的乘用车和商用车都可使用。

h)市场巨大,在电动汽车先导产业周围可发展成”增程式发电机”新产业,初期可得到国家支持。

i)当前已有汽车企业实践增程式电动汽车的宝贵经验,技术壁垒不高,易于先上马再提高。(增程式电动汽车实例见附注3)

5.利用夜间谷电对蓄电池慢充电

a)每个蓄电池组出厂时都配有相应其性能的充放电自动控制器。

b)按预约时间在夜间谷电时段开启慢充电,按蓄电池特性在充电完成时自动停止充电。满足次日80公里使用,不需到快充电站充电,也不必频繁更换电池。超长里程可用车载增程式发电机,又有利于延长电池寿命。

c)全国每夜有9亿度谷电,可供数千万辆电动汽车充电之需。

d)在停车场每个车位设有计费充电桩,优先提供电动汽车用户。

e)在家庭停车库,电动汽车可视为2 - 3kW 的家用电器,通过市电插座直接用夜间谷电慢充电5至7小时。

f)在当前停车位不足情况下,利用各种停车位设置计费充电桩,优先提供电动汽车用户。

g)农村电动汽车只须就近充电,不必远行到充换电站。

以上对电动汽车续驶里程与充电方式全面剖析比较,可以得到如下评价:

1.多载蓄电池 无谓地增多能耗和成本,降低安全性。

2.大功率快充电站 不要急于争相圈地发展。

3.机械更换蓄电池 最适用于公交车。

4.增程式发电机 较好地解决延长里程,且易于上马。

5.蓄电池夜间谷电慢充电 用户与电两利。

电动汽车的发展应有近期和中长期规划,近期发展应立足当前技术水平现实。电动汽车产业化的近期技术方案应是:

1.车载蓄电池只需提供市内工作日经常性行驶里程(80公里,对私家车而言。),在夜间停车位用谷电对蓄电池充电以供次日行驶之能源。

2.需要超过里程时则由车载增程式发电机提供能源,边行驶边充电。

3.公交车公司还可选用机械更换蓄电池的模式。

以当前汽车企业和电池企业的技术水平和潜力,不必依靠外国力量,上述技术方案已经可以满足城市大多数电动汽车用户 经常日驶80公里以下而在非经常需要时可延长到300公里以上而且充电很方便 的需求。破解了”电动汽车续驶里程短且充电难”的困惑。当前大多数潜在汽车用户的技术性需求得到满足,企业看到销路前景才可以放心扩大生产,电动汽车产业化才能够早日起步、发展,并在发展中继续前进,前景光明!

在技术性需求之外,汽车用户和企业都还有经济性需求。虽然上述减少车载蓄电池的方案已经显著减少经济性困难,但是起步阶段,特别是动力电源未形成大批量生产之前,还需要政府财政支持。随着蓄电池扩大生产和提高技术水平而下降其价格,政府财政负担可以逐年减轻直至取消。

电动汽车的今后发展的核心问题无疑是动力电源技术的突破,在安全性、可快充电性、价格以及比能量四方面都有待显著的进步,盼望国家发改委和科技部门对电动汽车动力电源的研究大力支持。

【附注1】 德勤全球调查对17 个国家12,500人成年受访者电动汽车里程观点:

1. 每天实际驾驶距离: 只有少数人超过80 公里。与美国的77%,欧洲的80%,日本的94%相比,79%的中国驾驶者工作日每天驾驶80 公里以下的路程。

2. 驾驶距离期望值却很高:69%的中国受访者表示只有当电动车的持续行驶里程达到320 公里时才会考虑购买。63% 的美国人对行驶里程预期值是300 英里(或480 公里),74%的欧洲人对行驶里程预期值是480公里,55%的日本人对行驶里程预期值是320 公里。

【附注2】 工信部2011年7月 《产业关键共性技术发展指南(2011年)》中,对小型A0级纯电动乘用车技术是:

整车整备质量1100kg,

续驶里程(城市工况)100km,

经济性(城市工况)13kWh/100km。

【附注3】 近期增程式电动汽车实例

奇瑞汽车首款增程型瑞麒M1-REEV纯电动汽车,消除了消费者对续航里程的担心,瑞麒M1增程式电动车搭载了15千瓦的里程增加器,使该车最大续航里程可达350公里以上。

雪佛兰Volt汽车是不必为电池电力担心的电动汽车。当行驶里程小于60公里时,它能够完全依靠一个车载的16千瓦时锂离子电池来驱动车辆,并实现零油耗零排放。当车载电池电量消耗至临界限值时,车载增程式发电机将自动启动并为电动汽车继续提供电能以实现额外高达450公里以上的续驶能力。

( /李艳娇 )

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